JP2011253909A - 光起電力装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の分割工程に起因した半導体基板の曲げ強度の低下を抑制することができる光起電力装置の製造方法を得ること。
【解決手段】半導体基板１の一方の面２に第１レーザ光２１を照射することにより、前記半導体基板１を前記走査の方向に沿って分割するための溝を形成する溝加工または切断加工を行い、前記溝加工または切断加工により形成される溝部の前記一方の面２側の端部に第２レーザ光２２ｂ、２２ｃを照射することにより、前記端部の半導体を前記走査の方向に沿って除去する端部除去加工を行い、前記溝加工または切断加工と、前記端部除去加工とを同一走査中に行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、光起電力装置の製造方法に関するものであり、特に、結晶シリコン系半導体基板を分割して得られる光起電力装置の製造方法に関するものである。

光起電力装置である太陽電池セルの製造においては、受光面となる半導体基板の表面にＰＮ接合層を形成し、その表面に受光面電極、光反射率を抑制する構造などを形成する。また、半導体基板の裏面（受光面と反対の面）に裏面電極および裏面電解層などの構造を形成する。そして、このような構成を形成した半導体基板を分割して、各太陽電池セルを得る方法が一般的に行われている。

ここで、半導体基板の分割に関しては、例えば半導体基板の受光面となる表面がステージ面側に対向するように半導体基板を加工ステージ上に固定した状態で半導体基板の裏面側からレーザ光を走査して半導体基板を局部的に溶融させることにより所定の位置に溝加工を形成し、この分割溝を利用して半導体基板を分割する方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。また、このような半導体基板の分割においてレーザ光による溝加工によるＰＮ接合層への悪影響を低減するために、表面側のＰＮ接合層に達しない深さで分割溝を形成し、この分割溝を利用して半導体基板を分割する方法が開示されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００５−２３６０１７号公報（段落［００１７］−［００２４］、図５〜図７） 特開２００８−６０２０５号公報（段落［００２０］−［００２５］、図１、図２）

しかしながら、上記従来の技術によれば、半導体基板の分割部分近傍がレーザ光走査加工における急激な温度変化によるヒートショックを受け、マイクロクラックが発生し、半導体基板の曲げ強度が低下する、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、基板の分割工程に起因した半導体基板の曲げ強度の低下を抑制することができる光起電力装置の製造方法を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる光起電力装置の製造方法は、発電機能を有する半導体接合を半導体基板の一面側に形成する半導体接合形成工程と、前記半導体基板に対してレーザ光を照射しながら前記レーザ光と前記半導体基板とを相対的に走査することにより前記半導体基板を局部的に溶融、蒸発させて前記半導体基板を複数に分割する分割工程と、を有する光起電力装置の製造方法であって、前記分割工程では、前記半導体基板の一方の面に第１レーザ光を照射することにより、前記半導体基板を前記走査の方向に沿って分割するための溝を形成する溝加工または切断加工を行い、前記溝加工または切断加工により形成される溝部の前記一方の面側の端部に第２レーザ光を照射することにより、前記端部の半導体を前記走査の方向に沿って除去する端部除去加工を行い、前記溝加工または切断加工と、前記端部除去加工とを同一走査中に行うこと、を特徴とする。

本発明によれば、基板の分割工程に起因した半導体基板の曲げ強度の低下が抑制された光起電力装置を得ることができる、という効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態１にかかる光起電力装置の製造方法におけるレーザ装置による基板分割工程を示す模式図である。 図２は、本発明の実施の形態１において分割溝加工が実施された半導体基板の断面形状を示す断面図である。 図３は、本発明の実施の形態１において分割加工が実施された半導体基板の平面図である。 図４は、本発明の実施の形態１において切断加工が実施された半導体基板の断面形状を示す断面図である。 図５は、本発明の実施の形態２にかかる光起電力装置の製造方法における照射レーザ光のパルスを示す図である。 図６は、本発明の実施の形態３にかかる光起電力装置の製造方法におけるレーザ光照射位置を示す平面図である。 図７は、本発明の実施の形態３にかかる光起電力装置の製造方法における他のレーザ光照射位置を示す平面図である。 図８は、本発明の実施の形態３にかかる光起電力装置の製造方法における照射レーザ光のパルスを示す図である。 図９は、本発明の実施の形態４にかかる光起電力装置の製造方法におけるレーザ装置による基板分割工程を示す模式図である。 図１０は、本発明の実施の形態６にかかる光起電力装置の製造方法において用いるレーザ装置のレーザ光分岐機構を示した構成図である。 図１１は、本発明の実施の形態７にかかる光起電力装置の製造方法におけるレーザ装置による基板分割工程を示す模式図である。 図１２は、本発明の実施の形態８において切断加工が実施された裏面構造を有する半導体基板の断面形状を示す断面図である。 図１３−１は、本発明の実施の形態９にかかる光起電力装置の断面図である。 図１３−２は、本発明の実施の形態９にかかる光起電力装置の上面図である。

以下に、本発明にかかる光起電力装置の製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。また、平面図であっても、図面を見易くするためにハッチングを付す場合がある。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる光起電力装置の製造方法におけるレーザ装置１００による基板分割工程を示す模式図である。以下では、実施の形態１にかかる光起電力装置の製造方法としてレーザ光の照射により半導体基板を分割する太陽電池の製造方法について説明する。

基板分割対象である半導体基板１としては、例えば、一方の表面に第１導電型層であるＰ層と第２導電型層であるＮ層とからなる発電機能を有するＰＮ接合（半導体接合）が形成された厚さ１００μｍ〜３００μｍ程度のＰ型シリコン基板を用いる。なお、半導体基板１はこれに限定されず、一方の表面に第１導電型層であるＰ層と第２導電型層であるＮ層とからなるＰＮ接合が形成されたＮ型シリコン基板を用いてもよい。

レーザ装置１００は、レーザ発振器として、第１のレーザ発振器１０ａ、第２のレーザ発振器１０ｂ、第３のレーザ発振器１０ｃを備える。第１のレーザ発振器１０ａから放出された第１のレーザ発振光１１ａは、加工ヘッド１２に入射する。そして、第１のレーザ発振光１１ａは、該加工ヘッド１２において、半導体基板１を分割するための溝を形成する溝加工あるいは切断加工を行うビーム形状に成型され、主レーザ光２１として半導体基板１に照射される。

第２のレーザ発振器１０ｂから放出された第２のレーザ発振光１１ｂは、ミラー１９で反射されて加工ヘッド１２に導かれる。そして、第２のレーザ発振光１１ｂは、該加工ヘッド１２において、分割溝の端部除去加工を行うビーム形状に成型され、副レーザ光Ｌ２２ｂとして半導体基板１に照射される。

第３のレーザ発振器１０ｃから放出された第３のレーザ発振光１１ｃは、ミラー１９で反射されて加工ヘッド１２に導かれる。そして、第３のレーザ発振光１１ｃは、該加工ヘッド１２において、分割溝の端部除去加工を行うビーム形状に成型され、副レーザ光Ｒ２２ｃとして半導体基板１に照射される。

主レーザ光２１は、半導体基板１を分割する溝加工あるいは切断加工を行う。すなわち、主レーザ光２１を半導体基板１に照射することにより該半導体基板１を局部的に溶融、蒸発させることで半導体基板１を分割する溝加工あるいは切断加工が行われる。主レーザ光２１としては、半導体基板１の厚みが２００μｍの場合、溝加工の場合は平均出力２０Ｗ程度、切断加工の場合は平均出力４０Ｗ程度以上のパルスレーザ光が用いられる。主レーザ光２１の波長は、半導体基板１に吸収される波長が用いられ、１μｍ程度あるいはそれ以下であれば、シリコンからなる半導体基板１の加工が可能である。主レーザ光２１としては、例えば、パルス固体レーザの基本波および高調波、パルスファイバーレーザの基本波および高調波を用いることができる。また、分割溝幅や切断幅を狭くするために、レーザの横モードはシングルモード近傍が好ましい。

副レーザ光Ｌ２２ｂ、副レーザ光Ｒ２２ｃは、主レーザ光２１の照射によりマイクロクラックが多く入るレーザ光入射面２の分割溝端部を取り除く端部除去加工を行う。すなわち、副レーザ光Ｌ２２ｂ、副レーザ光Ｒ２２ｃは、主レーザ光２１による溝加工あるいは切断加工により形成された分割溝のレーザ光入射面２における端部を取り除く端部除去加工を行う。副レーザ光Ｌ２２ｂ、副レーザ光Ｒ２２ｃは、このような分割溝の端部除去加工を行うので、半導体基板１のレーザ光入射面２の近傍、数μｍから１００μｍ程度の深さの加工でよく、主レーザ光２１の１／２から１／２０程度の平均出力でよい。

また、レーザ装置１００は、半導体基板１を固定し、保持するステージ７を備える。半導体基板１は、一方の面をステージ７上に接触した状態で真空吸引等により固定され、他面がレーザ光入射面２とされる。半導体基板１は、ステージ７の図１における紙面垂直方向への走査によって、主レーザ光２１、副レーザ光Ｌ２２ｂ、副レーザ光Ｒ２２ｃに対して、相対的に走査される。

ステージ７の走査速度は、上記レーザ光（主レーザ光２１、副レーザ光Ｌ２２ｂ、副レーザ光Ｒ２２ｃ）のパスル繰返し周波数、平均出力によって変わるが、およそ１００ｍｍ／ｓから１０００ｍｍ／ｓの速度とされる。

以上のようなレーザ装置１００を用いた実施の形態１にかかる半導体基板１の分割加工においては、主レーザ光２１と、副レーザ光Ｌ２２ｂおよび副レーザ光Ｒ２２ｃとは、レーザ光入射面２の面内において所定の距離だけ離間して半導体基板１に照射される。そして、ステージ７に吸着固定された半導体基板１に対して主レーザ光２１、副レーザ光Ｌ２２ｂ、副レーザ光Ｒ２２ｃが照射された状態で、ステージ７を走査させる。

ステージ７の走査により、ステージ７に吸着固定された半導体基板１は、主レーザ光２１、副レーザ光Ｌ２２ｂ、副レーザ光Ｒ２２ｃに対して相対的に走査され、半導体基板１を走査方向に沿って分割する溝加工あるいは切断加工と、分割溝の端部除去加工とが同じ走査中に行われる。走査中に主レーザ光２１、副レーザ光Ｌ２２ｂ、副レーザ光Ｒ２２ｃの照査位置関係は変わらないので、レーザ光入射面２の面内における溝加工位置あるいは切断加工位置と、分割溝の端部除去加工位置とが一定間隔に保たれた状態で加工ができる。したがって、分割溝端部に沿って安定した分割溝の端部除去加工が行われる。

図２は、実施の形態１において分割溝加工が実施された半導体基板１の断面形状を示す断面図である。図２では、主レーザ光２１により分割溝加工が行われて形成された主レーザ光による半導体除去部分３が、半導体基板１の裏面に達していない。また、主レーザ光による半導体除去部分３の両側の分割面とレーザ光入射面２との角部に、副レーザ光Ｌ２２ｂ、副レーザ光Ｒ２２ｃにより分割溝の端部除去加工が行われて半導体が部分的に除去された端部除去加工部（副レーザ光による半導体除去部分４）が形成されている。このような加工を半導体基板１の全体に施し、主レーザ光による半導体除去部分３を基準に割断することで、図３に示すように半導体基板１を分離することができる。これにより、半導体基板１を複数のセル基板１ａおよびセル基板１ｂに分割することができる。図３は、実施の形態１において分割加工が実施された半導体基板１の平面図である。ここで、図３における半導体基板１の走査方向は、紙面上下方向である。

図４は、実施の形態１において切断加工が実施された半導体基板１の断面形状を示す断面図である。図４では、主レーザ光２１で切断加工が行われて形成された主レーザ光による半導体除去部分３が半導体基板１の裏面に達している。また、主レーザ光による半導体除去部分３の両側の分割面とレーザ光入射面２との角部に、副レーザ光Ｌ２２ｂ、副レーザ光Ｒ２２ｃにより走査方向に沿って分割溝の端部除去加工が行われて副レーザ光による半導体除去部分４が形成されている。このような加工を半導体基板１の全体に施すことで、図３に示すように半導体基板１を複数のセル基板１ａおよびセル基板１ｂに分離することができる。

上述した実施の形態１においては、半導体基板１を分割する溝加工あるいは切断加工と分割溝の端部除去加工とを同じ走査中に行う。半導体基板１を分割する溝加工あるいは切断加工を行う際に、分割面の半導体は急激に加熱され、加工後急激に冷やされる。このため、半導体基板の分割部分近傍がレーザ光走査加工における急激な温度変化によるヒートショックを受け、分割面近傍にマイクロクラックが入り、半導体基板の曲げ強度が低下する。そこで、主レーザ光２１による半導体基板１を分割する溝加工あるいは切断加工の走査中に、マイクロクラックが多く入るレーザ光入射面２の分割溝端部を、主レーザ光２１よりも弱い副レーザ光Ｌ２２ｂおよび副レーザ光Ｒ２２ｃを照射して取り除く分割溝の端部除去加工を同時に行う。これにより、分割溝の端部に残留するマイクロクラックの数を減少させ、半導体基板の曲げ強度低下を抑制することができる。

また、実施の形態１においては、半導体基板１を分割する溝加工あるいは切断加工と、分割溝の端部除去加工とを同時に行う。これにより、分割工程と分割溝の端部除去加工とを別個の工程で行わずに済むため、工程が削減できる効果がある。

また、実施の形態１においては、半導体基板１を分割する溝加工あるいは切断加工と、分割溝の端部除去加工とを同一工程で実施することで、分割位置と端部除去加工位置とを一定に保つことができ、溝加工あるいは切断加工と、分割溝の端部除去加工との処理毎の位置あわせ工程も不要になる効果がある。

したがって、実施の形態１によれば、基板の分割工程に起因した半導体基板の曲げ強度の低下を抑制して半導体基板１を分割することができる。これにより、基板の分割工程に起因した半導体基板の曲げ強度の低下が抑制された光起電力装置を作製することができる。

なお、上記においては、ステージ７上に半導体基板１を固定し、ステージ７を走査する例を示したが、ステージ７を固定し、ガルバノミラー、ポリゴンミラー等を用いてレーザ光を走査してもよい。この場合においても、上記と同様の効果を奏する。

また、主レーザ光２１の照射ビームの大きさは、副レーザ光Ｌ２２ｂ、副レーザ光Ｒ２２ｃの照射ビームの大きさと異なってもよい。

また、半導体基板１のレーザ光に対する走査は、複数回行ってもよく、走査回数に応じて主レーザ光２１、副レーザ光Ｌ２２ｂ、副レーザ光Ｒ２２ｃの平均出力等を設定すればよい。

また、主レーザ光２１と、副レーザ光Ｌ２２ｂおよび副レーザ光Ｒ２２ｃとの走査回数は異なってもよい。例えば、第１回の走査では主レーザ光２１のみを照射し、第２回目の走査では主レーザ光２１と副レーザ光Ｌ２２ｂおよび副レーザ光Ｒ２２ｃを照射してよい。

さらに、上記においては、３つのレーザ発振器を用いた場合について説明したが、副レーザ光Ｌ２２ｂおよび副レーザ光Ｒ２２ｃは、１つの発振器から放出されたレーザ光を分岐したものでもよい。

実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２にかかる光起電力装置の製造方法における照射レーザ光のパルスを示す図である。実施の形態２にかかる光起電力装置の製造方法においては、基本的に実施の形態１と同じ方法により半導体基板をレーザ光の照射により分割する。

実施の形態２が実施の形態１と異なる点は、図５に示すように、半導体基板１を分割する溝加工あるいは切断加工を行う主レーザ光２１の主レーザ光パルス４１と、分割溝の端部除去加工を行う副レーザ光Ｌ２２ｂの副レーザ光Ｌパルス４２ｂおよび副レーザ光Ｒ２２ｃの副レーザ光Ｒパルス４２ｃとが異なっている点である。図５では、半導体基板１を分割する溝加工あるいは切断加工を行う主レーザ光２１の主レーザ光パルス４１は主レーザ光パルス幅４３が広く、分割溝の端部除去加工を行う副レーザ光Ｌ２２ｂの副レーザ光Ｌパルス４２ｂの副レーザ光Ｌパルス幅４４ｂ、および副レーザ光Ｒ２２ｃの副レーザ光Ｒパルス４２ｃの副レーザ光Ｒパルス幅４４ｃが狭い例を示している。

この場合は、溝加工あるいは切断加工を行う主レーザ光２１は主レーザ光パルス幅４３が広いため、大きなエネルギーが必要でもパルスピークパワーを下げられるので、半導体基板１へのレーザ光照射衝撃によるダメージが抑制できる。一方、分割溝の端部除去加工を行う副レーザ光Ｌ２２ｂと副レーザ光Ｒ２２ｃは、副レーザ光Ｌパルス幅４４ｂおよび副レーザ光Ｒパルス幅４４ｃが狭いため、小さなエネルギーでパルスピークパワーを大きくすることで、レーザ光照射衝撃によるアブレーション加工によって半導体基板１の表層を少ない熱衝撃で削ることができる。

以上のような実施の形態２によれば、実施の形態１と同様に基板の分割工程に起因した半導体基板の曲げ強度の低下を抑制して半導体基板１を分割することができる。これにより、基板の分割工程に起因した半導体基板の曲げ強度の低下が抑制された光起電力装置を得ることができる。

また、実施の形態２によれば、半導体基板１を分割する溝加工あるいは切断加工と分割溝の端部除去加工とを異なるパルス幅のレーザ光で行うことで、半導体基板１の厚み方向において前者の深い加工と後者の浅い加工とに適したパルス幅を選択できる。これにより、効率的且つ安定した加工を行うことができる。なお、本実施の形態は、他の実施の形態に適用しても同様に効果を得ることができる。

上記においては、主レーザ光２１の主レーザ光パルス幅４３が広く、副レーザ光Ｌ２２ｂ、Ｒ２２ｃのパルス幅が狭い例について説明したが、レーザ光のパルス波形はこれに限定されない。レーザ出力、波長、パルス繰返し周波数により、半導体基板１を分割する溝加工あるいは切断加工と分割溝の端部除去加工とにおいて、前者の深い加工と後者の浅い加工に適したパルス幅を適宜選択可能である。

実施の形態３．
図６は、本発明の実施の形態３にかかる光起電力装置の製造方法におけるレーザ光照射位置を示す平面図である。実施の形態３にかかる光起電力装置の製造方法においては、基本的に実施の形態１と同じ方法により半導体基板をレーザ光の照射により分割する。

発明の実施の形態３が実施の形態１と異なる点は、図６に示すように、半導体基板１を分割する溝加工あるいは切断加工を行う主レーザ光２１の照射ビーム断面３１が、分割溝の端部除去加工を行う副レーザ光Ｌ２２ｂの照射ビーム断面３２ｂ、副レーザ光Ｒ２２ｃの照射ビーム断面３２ｃよりも、半導体基板１の相対移動方向５に対して上流に配置している点である。すなわち、加工中の同時刻において、主レーザ光２１の照射位置が、副レーザ光Ｌ２２ｂおよび副レーザ光Ｒ２２ｃの照射位置よりも半導体基板１の相対移動方向５に対して上流に配置している。すなわち、主レーザ光２１の照射位置と副レーザ光Ｌ２２ｂおよび副レーザ光Ｒ２２ｃの照射位置とがステージ７の走査方向に対して異なる。

通常、半導体基板１を分割する溝加工あるいは切断加工では、半導体基板１がレーザ光を吸収し、半導体基板１のレーザ光照射位置近傍の温度が上昇する。この温度の上昇により、半導体基板１でのレーザ光の吸収率が変化する。そのため、主レーザ光２１の照射位置近傍に、副レーザ光Ｌ２２ｂ、Ｒ２２ｃを照射すると、主レーザ光２１の影響で吸収率が変化し、安定な加工ができない可能性がある。

そこで、実施の形態３では、上述したようにレーザ光の照射位置を設定する。これにより、分割溝の端部除去加工時に、分割する溝加工あるいは切断加工で受ける熱の影響を抑制でき、分割溝の端部除去加工が安定して行える。

また、図７に示すように、副レーザ光は必ずしも２つのビームである必要はなく、副レーザ光照射ビーム断面３２の幅が主レーザ光照射ビーム断面３１の幅より大きい幅を有する１つのビームであってもよい。図７は、実施の形態３にかかる光起電力装置の製造方法における他のレーザ光照射位置を示す平面図である。

上述した主レーザ光２１と副レーザ光Ｌ２２ｂ、Ｒ２２ｃとの照射位置の配置は、加工ヘッド１２内での光軸設定を調整することにより行うことができる。また、図８に示すように、半導体基板１を分割する溝加工あるいは切断加工を行う主レーザ光２１のパルスより時間的に遅れて、分割溝の端部除去加工を行う副レーザ光Ｌ２２ｂおよび副レーザ光Ｒ２２ｃのパルスを発生させて照射する方法を採用してもよい。この方法でも、主レーザ光２１と副レーザ光Ｌ２２ｂ、Ｒ２２ｃとの照射位置の配置の設定が可能である。図８は、本発明の実施の形態３にかかる光起電力装置の製造方法における照射レーザ光のパルスを示す図である。

以上のような実施の形態３によれば、実施の形態１と同様に基板の分割工程に起因した半導体基板の曲げ強度の低下を抑制して半導体基板１を分割することができる。これにより、基板の分割工程に起因した半導体基板の曲げ強度の低下が抑制された光起電力装置を得ることができる。

また、実施の形態３によれば、半導体基板１を分割する溝加工あるいは切断加工と分割溝の端部除去加工とを走査方向に対して異なる位置で行うことで、分割溝の端部除去加工時に、分割する溝加工あるいは切断加工により受ける熱の影響を抑制でき、分割溝の端部除去加工が安定して行える。なお、本実施の形態は、他の実施の形態に適用しても同様に効果を得ることができる。

実施の形態４．
図９は、本発明の実施の形態４にかかる光起電力装置の製造方法におけるレーザ装置２００による基板分割工程を示す模式図である。実施の形態４にかかる光起電力装置の製造方法においては、基本的に実施の形態１と同じ方法により半導体基板をレーザ光の照射により分割する。

実施の形態４が実施の形態１と異なる点は、図９に示すように、レーザ装置２００が１つのレーザ発振器１０を備え、該レーザ発振器１０から放出されたレーザ光をレーザ光分岐機構１３により分岐する点である。すなわち、レーザ発振器１０から放出されたレーザ発振光１１は、レーザ光分岐機構１３に入射する。そして、レーザ発振光１１は、該レーザ光分岐機構１３において、第１のレーザ発振光１１ａ、第２のレーザ発振光１１ｂ、第３のレーザ発振光１１ｃに分岐されて加工ヘッド１２に導かれる。

そして、第１のレーザ発振光１１ａは、加工ヘッド１２において、半導体基板１を分割する溝加工あるいは切断加工を行うビーム形状に成型され、主レーザ光２１として半導体基板１に照射される。第２のレーザ発振光１１ｂは、加工ヘッド１２において、分割溝の端部除去加工を行うビーム形状に成型され、副レーザ光Ｌ２２ｂとして半導体基板１に照射される。第３のレーザ発振光１１ｃは、加工ヘッド１２において、分割溝の端部除去加工を行うビーム形状に成型され、副レーザ光Ｌ２２ｃとして半導体基板１に照射される。

半導体基板１は、実施の形態１と同様に一方の面をステージ７上に接触した状態で真空吸引等により固定され、他面がレーザ光入射面２とされる。半導体基板１は、ステージ７の図９における紙面垂直方向への走査によって、主レーザ光２１、副レーザ光Ｌ２２ｂ、副レーザ光Ｒ２２ｃに対して、相対的に走査される。

以上のような実施の形態４によれば、実施の形態１と同様に基板の分割工程に起因した半導体基板の曲げ強度の低下を抑制して半導体基板１を分割することができる。これにより、基板の分割工程に起因した半導体基板の曲げ強度の低下が抑制された光起電力装置を得ることができる。

また、実施の形態４によれば、主レーザ光２１、副レーザ光Ｌ２２ｂ、副レーザ光Ｒ２２ｃを１つのレーザ発振光１１から分岐することで、レーザ発振器の台数を最小限にでき、設備を簡略化でき、コストの低減が図れる。

また、主レーザ光２１、副レーザ光Ｌ２２ｂ、副レーザ光Ｒ２２ｃは、同一のレーザ発振器１０から放出されたレーザ光を分岐したものであるため、レーザ光軸の変動が連動し、主レーザ光２１、副レーザ光Ｌ２２ｂ、副レーザ光Ｒ２２ｃの位置関係が安定している。これにより、一定の幅での安定した端部除去加工が可能になる。なお、本実施の形態は、他の実施の形態に適用しても同様に効果を得ることができる。

実施の形態５．
本発明の実施の形態５にかかる光起電力装置の製造方法では、上記実施の形態１〜４において、主レーザ光２１と、副レーザ光Ｌ２２ｂおよび副レーザ光Ｒ２２ｃとに異なる波長のレーザ光を用いる。そして、用いるレーザ光の波長以外は、基本的に実施の形態１〜４と同じ方法により半導体基板をレーザ光の照射により分割する。

以上のような実施の形態５によれば、実施の形態１と同様に基板の分割工程に起因した半導体基板の曲げ強度の低下を抑制して半導体基板１を分割することができる。これにより、基板の分割工程に起因した半導体基板の曲げ強度の低下が抑制された光起電力装置を得ることができる。

また、実施の形態５によれば、半導体基板１を分割する溝加工あるいは切断加工と分割溝の端部除去加工とを異なる波長のレーザ光で行うことで、半導体基板１の厚み方向において前者の深い加工と後者の浅い加工に適した波長を選択できる。これにより、効率的且つ安定した加工を行うことができる。なお、本実施の形態は、他の実施の形態に適用しても同様に効果を得ることができる。

例えば半導体基板１がシリコン基板である場合は、半導体基板１を分割する溝加工あるいは切断加工を行う主レーザ光２１としては浸透深さの深い１μｍの波長のレーザ光を使用し、分割溝の端部除去加工を行う副レーザ光Ｌ２２ｂ、副レーザ光Ｒ２２ｃとしては浸透深さの浅い６００ｎｍ以下の波長のレーザ光を用いるとよい。特に、分割溝の端部除去加工では、レーザ光の必要加工深さ以上の進入による熱変性を防ぐために、６００ｎｍ以下の波長のレーザ光を用いることが好ましい。

実施の形態６．
実施の形態６では、実施の形態４において主レーザ光２１と、副レーザ光Ｌ２２ｂおよび副レーザ光Ｒ２２ｃとに異なる波長のレーザ光を用いる例について説明する。図１０は、本発明の実施の形態６にかかる光起電力装置の製造方法において用いるレーザ光分岐機構を示した構成図である。実施の形態６にかかる光起電力装置の製造方法では、図９に示した構成においてレーザ光分岐機構１３が図１０に示す構成を有するレーザ装置を用いて加工を行う。実施の形態６にかかる光起電力装置の製造方法においては、主レーザ光２１と、副レーザ光Ｌ２２ｂおよび副レーザ光Ｒ２２ｃとに異なる波長のレーザ光を用いること以外は、基本的に実施の形態４と同じ方法により半導体基板をレーザ光の照射により分割する。

実施の形態６では、レーザ発振器１０から放出された１つのレーザ発振光１１を基本波とし、レーザ光分岐機構１３内の波長変換結晶１４により、第２高調波１１ｄを発生させる。そして、ダイクロックミラー１７で、第２高調波１１ｄに変換されずに波長変換結晶１４を透過した基本波（レーザ発振光１１）と、波長変換結晶１４で変換された第２高調波１１ｄに分離する。

ダイクロックミラー１７で分離された基本波（レーザ発振光１１）は、第１のレーザ発振光１１ａとして加工ヘッド１２に導かれ、半導体基板１を分割する溝加工あるいは切断加工を行うビーム形状に成型され、主レーザ光２１として半導体基板１に照射される。

ダイクロックミラー１７で分離された第２高調波１１ｄは、さらにビームスプリッター１８で２分岐される。そのうちの一方は、ミラー１９で反射して第２のレーザ発振光１１ｂとして加工ヘッド１２に導かれ、副レーザ光Ｌ２２ｂとして半導体基板１に照射される。他方は、そのまま第３のレーザ発振光１１ｃとして加工ヘッド１２に導かれ、副レーザ光Ｒ２２ｃとして半導体基板１に照射される。

レーザ発振器１０として、パルス固体レーザあるいはパルスファイバーレーザを用いると、基本波は波長１μｍ近傍に、第２高調波は５００ｎｍ近傍になる。例えば半導体基板１がシリコン基板である場合は、半導体基板１を分割する溝加工あるいは切断加工を行う主レーザ光２１としては浸透深さの深い１μｍの波長の基本波を使用し、分割溝の端部除去加工を行う副レーザ光Ｌ２２ｂ、副レーザ光Ｒ２２ｃとしては浸透深さの浅い第２高調波を用いるとよい。

以上のような実施の形態６によれば、実施の形態１と同様に基板の分割工程に起因した半導体基板の曲げ強度の低下を抑制して半導体基板１を分割することができる。これにより、基板の分割工程に起因した半導体基板の曲げ強度の低下が抑制された光起電力装置を得ることができる。

また、実施の形態６によれば、波長の異なる主レーザ光２１、副レーザ光Ｌ２２ｂ、副レーザ光Ｒ２２ｃを１つのレーザ発振光１１から分岐することで、レーザ発振器の台数を最小限にでき、設備を簡略化でき、コストの低減が図れる。

また、主レーザ光２１、副レーザ光Ｌ２２ｂ、副レーザ光Ｒ２２ｃは、同一のレーザ発振器１０から放出されたレーザ光を分岐したものであるため、主レーザ光２１と、副レーザ光Ｌ２２ｂおよび副レーザ光Ｒ２２ｃとの位置関係が安定している。これにより、レーザ光入射面２における分割面の近傍で必要最小限の分割溝の端部除去加工が可能になり、発電に有効な面積を大きく取ることができる。

さらに、半導体基板１を分割する溝加工あるいは切断加工と分割溝の端部除去加工とを異なる波長のレーザで行うことで、半導体基板１の厚み方向において前者の深い加工と後者の浅い加工に適した波長を選択できる。これにより、効率的且つ安定した加工を行うことができる。なお、本実施の形態は、他の実施の形態に適用しても同様に効果を得ることができる。

なお、上記においては、主レーザ光２１と、副レーザ光Ｌ２２ｂおよび副レーザ光Ｒ２２ｃとの組み合わせとして基本波と第２高調波との組み合わせを示したが、他の組み合わせでも同様の効果を奏する。

実施の形態７．
図１１は、本発明の実施の形態７にかかる光起電力装置の製造方法におけるレーザ装置１００による基板分割工程を示す模式図である。実施の形態７にかかる光起電力装置の製造方法においては、基本的に実施の形態１と同じ方法により半導体基板をレーザ光の照射により分割する。

実施の形態７では、半導体基板１におけるレーザ光入射面２が、表面側にＰＮ接合が形成された受光面２０１側とされている。そして、半導体基板１の裏面をステージ７上に接触させて固定、保持し、受光面２０１を上面とした状態で受光面側から加工する。

しかしながら、実施の形態７においては、半導体基板１の裏面をステージ７上に接触させて受光面２０１を上面とした状態で受光面２０１側から加工するため、半導体基板１の受光面２０１側がステージ７に接触することなく、受光面２０１側の構造を傷つけることがない。これにより、製造された光起電力装置の性能の劣化を抑制できる。なお、本実施の形態は、他の実施の形態に適用しても同様に効果を得ることができる。

なお、上記においては、レーザ装置１００による基板分割工程を例に説明したが、レーザ装置２００による基板分割工程においても同様の効果を奏する。

実施の形態８．
実施の形態８では、導電性を有する裏面構造（裏面導電層）６を有する半導体基板１の分割加工について説明する。図１２は、実施の形態８において切断加工が実施された裏面構造を有する半導体基板の断面形状を示す断面図である。実施の形態８にかかる半導体基板１は、実施の形態７にかかる光起電力装置の製造方法により分割加工が実施されている。図１２では、主レーザ光２１により切断加工が行われて形成された主レーザ光による半導体除去部分３が、半導体基板１の裏面に達している。また、半導体基板１の裏面に形成された導電性を有する裏面構造６も主レーザ光２１により切断加工が行われて分離されている。これにより、半導体基板１が裏面構造６ごと、複数のセル基板１ａおよびセル基板１ｂに分割されている。

光起電力装置を構成する半導体基板１では、発電の高効率化および電力を取り出すため、受光面２０１に対応する裏面にも裏面電極および裏面電解層などの導電性を有する裏面構造６を形成している。半導体基板１の分割を行う際に、導電性を有する裏面構造６を同時に切断すると、裏面構造６の導電性の物質の一部が分割面に付着してＰＮ層間の電気抵抗が下がる場合がある。

しかし、実施の形態８によれば、主レーザ光２１は、半導体基板１を分割する溝加工あるいは切断加工を行い、副レーザ光Ｌ２２ｂ、副レーザ光Ｒ２２ｃで分割溝の端部除去加工を行う。このため、裏面構造６に含まれる導電性の材料が、主レーザ光２１での加工時に溶け出し、その一部が分割面に付着して分断面のＰＮ接合層の抵抗を下げても、副レーザ光Ｌ２２ｂおよび副レーザ光Ｒ２２ｃによる分割溝の端部除去加工により分割面に付着した導電性の物質を除去して、ＰＮ層間の電気抵抗を維持できる。

以上のような実施の形態８によれば、実施の形態１と同様に基板の分割工程に起因した半導体基板の曲げ強度の低下を抑制して半導体基板１を分割することができる。これにより、基板の分割工程に起因した半導体基板の曲げ強度の低下が抑制された光起電力装置を得ることができる。

また、実施の形態８においては、導電性を有する裏面構造６を有する半導体基板１の分割加工においても、分断面へ付着した裏面構造６に含まれる導電性の材料を除去して裏ＰＮ層間の電気抵抗を維持できる。なお、本実施の形態は、他の実施の形態に適用しても同様に効果を得ることができる。

実施の形態９．
図１３−１および図１３−２は、実施の形態９にかかる光起電力装置を示す図であり、図１３−１は光起電力装置の断面図、図１３−２は光起電力装置の上面図である。図１３−１および図１３−２に示す光起電力装置は、基板表層に第２導電型の不純物元素を拡散した不純物拡散層であるＮ層５１ａを有する第１導電型の半導体基板であるＰ型の半導体基板５１と、半導体基板５１の受光面側の面（表面）に形成された反射防止膜５２と、半導体基板５１の受光面側の面（表面）に形成された受光面側電極５３と、半導体基板５１の受光面と反対側の面（裏面）に形成された裏面電極５４と、を備える。なお、Ｎ型の半導体基板にＰ層を備える構成としてもよい。

また、受光面側電極５３としては、光起電力装置のグリッド電極５３ａおよびバス電極５３ｂを含み、図１３−１においてはグリッド電極５３ａの長手方向に垂直な断面における断面図を示している。そして、半導体基板５１には、基板表面にテクスチャー構造を形成した基板を使用して、光起電力装置を構成している。

つぎに、図１３−１および図１３−２に示す光起電力装置を製造するための工程を説明する。なお、ここで説明する工程は、一般的な多結晶シリコン基板を用いた光起電力装置の製造工程と同様であるため、特に図示しない。

基板表面にテクスチャー構造を形成した半導体基板５１を熱酸化炉へ投入し、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ_３）蒸気の存在下で加熱して基板の表面にリンガラスを形成することで半導体基板５１中にリンを拡散させ、半導体基板５１の表層にＮ層５１ａを形成する。これにより、半導体基板５１にＰＮ接合が形成される。

次に、フッ酸溶液中で半導体基板５１のリンガラス層を除去した後、反射防止膜５２としてプラズマＣＶＤ法によりＳｉＮ膜をＮ層５１ａ上に受光面側電極５３の形成領域を除いて形成する。反射防止膜５２の膜厚および屈折率は、光反射を最も抑制する値に設定する。なお、屈折率の異なる２層以上の膜を積層してもよい。また、反射防止膜５２は、スパッタリング法など、異なる成膜方法により形成しても良い。

次に、半導体基板５１の受光面に銀の混入したペーストを櫛形にスクリーン印刷にて印刷し、半導体基板５１の裏面にアルミニウムの混入したペーストを全面にスクリーン印刷にて印刷した後、焼成処理を実施して受光面側電極５３と裏面電極５４とを形成する。その後、半導体基板５１を分割して複数のセル基板に分割する。以上のようにして、図１３−１および図１３−２に示す光起電力装置を作製することができる。

実施の形態１〜実施の形態８において説明した基板の分割方法は、上述した光起電力装置の製造方法における半導体基板５１の分割に適用することができる。また、ＰＮ接合を有する半導体基板５１の形成後であれば、電極の形成前に行うことも可能である。

以上のように、本発明にかかる光起電力装置の製造方法は、基板の分割工程に起因した半導体基板の曲げ強度の低下が抑制された光起電力装置の製造に有用である。

１ 半導体基板
１ａ セル基板
１ｂ セル基板
２ レーザ入射面
３ 主レーザ光による半導体除去部分
４ 副レーザ光による半導体除去部分
５ 相対移動方向
６ 裏面構造
７ ステージ
１０ レーザ発振器
１０ａ 第１のレーザ発振器
１０ｂ 第２のレーザ発振器
１０ｃ 第３のレーザ発振器
１１ レーザ発振光
１１ａ 第１のレーザ発振光
１１ｂ 第２のレーザ発振光
１１ｃ 第３のレーザ発振光
１１ｄ 第２高調波
１２ 加工ヘッド
１３ レーザ光分岐機構
１４ 波長変換結晶
１７ ダイクロックミラー
１８ ビームスプリッター
１９ ミラー
２１ 主レーザ光
２２ｂ 副レーザ光Ｌ
２２ｃ 副レーザ光Ｒ
３１ 主レーザ光の照射ビーム断面
３２ｂ 副レーザ光Ｌの照射ビーム断面
３２ｃ 副レーザ光Ｒの照射ビーム断面
４１ 主レーザ光パルス
４２ｂ 副レーザ光Ｌパルス
４２ｃ 副レーザ光Ｒパルス
４３ 主レーザ光パルス幅
４４ｂ 副レーザ光Ｌパルス幅
４４ｃ 副レーザ光Ｒパルス幅
５１ 半導体基板
５１ａ Ｎ層
５２ 反射防止膜
５３ａ グリッド電極
５３ｂ バス電極
５３ 受光面側電極
５４ 裏面電極
１００ レーザ装置
２００ レーザ装置
２０１ 受光面

Claims (8)

1. 発電機能を有する半導体接合を半導体基板の一面側に形成する半導体接合形成工程と、
   前記半導体基板に対してレーザ光を照射しながら前記レーザ光と前記半導体基板とを相対的に走査することにより前記半導体基板を局部的に溶融、蒸発させて前記半導体基板を複数に分割する分割工程と、
   を有する光起電力装置の製造方法であって、
   前記分割工程では、
   前記半導体基板の一方の面に第１レーザ光を照射することにより、前記半導体基板を前記走査の方向に沿って分割するための溝を形成する溝加工または切断加工を行い、
   前記溝加工または切断加工により形成される溝部の前記一方の面側の端部に第２レーザ光を照射することにより、前記端部の半導体を前記走査の方向に沿って除去する端部除去加工を行い、
   前記溝加工または切断加工と、前記端部除去加工とを同一走査中に行うこと、
   を特徴とする光起電力装置の製造方法。
2. 前記第１レーザ光と前記第２レーザ光とのパルス幅が異なること、
   を特徴とする請求項１に記載の光起電力装置の製造方法。
3. 前記半導体基板の一方の面における前記第１レーザ光と前記第２レーザ光との照射位置が、前記走査の方向において異なること、
   を特徴とする請求項１又は２に記載の光起電力装置の製造方法。
4. 前記第１レーザ光と前記第２レーザ光とが、１つのレーザ光を分岐したレーザ光であること、
   を特徴とする請求項１又は３に記載の光起電力装置の製造方法。
5. 前記第１レーザ光と前記第２レーザ光との波長が異なること、
   を特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の光起電力装置の製造方法。
6. 前記第１レーザ光が基本波であり、
   前記第２レーザ光が第１レーザ光を波長変換して発生させた高調波であること、
   を特徴とする請求項１、３又は５のいずれか１つに記載の光起電力装置の製造方法。
7. 前記第１レーザ光と前記第２レーザ光とを前記半導体基板における前記一面側に照射すること、
   を特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の光起電力装置の製造方法。
8. 前記半導体基板が、導電層を他面側に有し、
   前記半導体基板の一面側における前記導電層に対応した位置に前記第１レーザ光を照射すること、
   を特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載の光起電力装置の製造方法。

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